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如何设计一个嵌入式LED车厢照明系统

在现代电能耗损是异常之大年夜的,日常生活中LED作为高效、环保、节能、抗震的新型光源,已经越来越广泛的利用到国夷易近生活的各个方面。以LED为照明光源的车辆LED照明系统也越来越多的呈现在轨道车辆中。基于轨道车辆的特殊性与电气系统的繁杂性,前进轨道车辆车厢LED照明系统的靠得住性显得尤为紧张。轨道车辆车厢LED照明系统一旦发生故障,不仅会造成一节车厢照明系统的瘫痪、整车照明系统的瘫痪,还可能造成其它连带系统的故障,如空调系统、运行节制系统、电气系统等,以致可能会激发火警,造成弗成预估的丧掉。及时、准确切实着实定轨道车辆车厢LED照明系统故障,进行故障诊断与预告,对低落轨道车辆车厢照明系统的掩护资源,前进运行效率及靠得住性,包管车辆安然运行具有重大年夜意义。

为了及时、准确切实着实定并扫除轨道车辆车厢LED照明系统的故障,对其常见故障类型做了一个较周全概述,并对其故障机理进行了阐发,为故障诊断与预告事情打下了根基。

1- 轨道车辆车厢LED照明系统的组成与模版划分

轨道车辆车厢LED照明系统以工控机为节制核心,经由过程CAN总线与下位机通信。使用照度传感器采集车厢外部情况的照度值,将照度信息经由过程CAN总线传输至PC机,然后PC机根据外部情况的光照度值节制开关的开启或关闭,以及向单片机发送指令,节制单片机向LED驱动器发送不合脉宽的PWM旌旗灯号,达到调节LED灯输出光通量的目的。

轨道车辆车厢LED照明系统主要包括以下四个模块:LED节制电路模块、LED驱动电源模块、LED灯板模块和传感器采集模块。全部照明系统电路繁杂,电子元器件多,在实际利用中,任何一部分电路或者任何一个元器件呈现故障,不能正常事情,都有可能造成局部以致整车照明系统的瘫痪,影响正常行车安然。

将轨道车辆车厢LED照明系统以模块为单元,从各模块本身掉效形式入手,与轨道车辆的特殊运行前提相结合,深入阐发了轨道车辆车厢LED照明系统的故障机理。

2- LED节制电路模块故障机理阐发

LED节制电路模块是全部轨道车辆车厢LED照明系统的节制核心,它与外围电路相接,以IPC为节制核心,CAN总线通信,与LED驱动电源模块相接。在LED节制电路模块中,除了IPC、CAN总线,还包孕很多电子元器件,例如单片机。为了对LED节制电路的故障诊断打下根基,对LED节制电路模块的各个组成单元进行了故障机理阐发。

2.1.IPC故障机理阐发

IPC是全部轨道车辆车厢照明系统的大年夜脑,布置着每个单元及模块的活动,假如IPC呈现故障,那么全部轨道车辆车厢LED照明系统将不能正常事情。一样平常环境下,轨道车辆车厢LED照明系统的IPC故障主要包括:连接故障、供电故障、硬件故障和软件故障。在轨道车辆运行中,强振动对IPC的连接问题造成隐患,故障缘故原由主要包括插接线问题、连接线故障、和外接设备故障。

供电故障主如果指提供IPC需求的外围电源,这是轨道车辆供电问题,本文不进行具体评论争论;硬件故障主要便是指IPC的硬件呈现问题,比如CPURAM等硬件呈现问题,使IPC不能正常事情;软件故障便是指节制轨道车辆车厢LED照明系统的软件及法度榜样呈现非常。一样平常对IPC的故障扫除步骤为先反省连接,再反省各个供电电源,反省硬件环境,着末排查软件故障。

2.2.电路板故障机理阐发

电路板是节制电路的载体,是电路的紧张组成部分。电路板主要由模拟电路数字电路组成。一样平常的数字电路只有0和1两种状态。因为数字电路状态少,以是其受噪音、振动等的影响较小。其事情机理也主如果逻辑运算,没有继续的数学函数,测试也相瞄准确,以是,故障机理相对简单。模拟电路故障的缘故原由对照繁杂,既有元器件在设计制造历程中的缺陷造成的,也有应用光阴较长导致的元器件老化或者应用情况较恶劣引起的。同时,模拟电路的故障征象还具有多样性,元器件参数具有离散性及非线性。

模拟电路的故障可以分为因为一些缘故原由(例如开路、短路等)导致的电路功能不能实现的硬故障和电路的元器件参数因为某些缘故原由孕育发生漂移并且跨越了预定容差范围的软故障。此中,硬故障一样平常不具缓变性。在轨道车辆车厢LED照明系统中,呈现更多的便是模拟电路的软故障。软故障对系统造成的破坏是渐变的,难以识别。在轨道车辆车厢LED照明系统中,噪声大年夜、振动强、情况恶劣是轨道车辆常常处于的情况,这些噪声、振动更轻易使元器件发生漂移,呈现缓变故障。

电路板中电子元器件较多,在此选择电阻做为钻研工具。为了方便实验,对电路中功能相同的电阻在仅有一个R0呈现故障时进行故障波形阐发。图中波形2表示LED照明系统在正常事情状态下,当电阻R0呈现故障时,其波形会有所变更。经由过程对输出波形的对照阐发可以确定电阻R0是否发生故障。

2.3.单片机故障机理阐发

单片机是轨道车辆车厢LED照明系统的微型节制器,在很多环节都起到节制核心的感化。例如,照度传感器采集到的数据就必要传给单片机进行处置惩罚等。在轨道车辆运行中,高温、低温、振动等都邑对单片机的正常事情造成要挟。情况温度过高或装配散热不良均会造成单片机的加速老化或毁坏,孕育发生间断性数据差错等;情况温度过低还可能会造成单片机芯片与引脚连线断裂等。根据单片机的故障机理阐发及一样平常的故障诊断措施可以概括,在轨道车辆中,对单片机的故障诊断一样平常步骤。

3- LED驱动电源模块故障机理阐发

在LED驱动电源模块中,主要的故障常常呈现在电路板或者LED驱动芯片。此中电路板故障在上节已经做过具体故障机理阐发,此处不再赘述。

在轨道车厢中,对灯光的光通量有必然的要求,以是LED驱动芯片是节制电路必弗成少的组成部分。芯片过热时导致芯片发生故障的最主要缘故原由,也是现阶段制约LED成长的最主要的问题。

芯片内部器件短路,导致芯片的电源电流增大年夜;外部电源电压增添的芯片,使芯片的电源电压,电流同时增大年夜;散热不好且长光阴大年夜负荷事情,导致芯片发烫;芯片输出端口负载变重(负载阻抗变小),导致芯片输出功率增添;芯片输出端口短路,导致芯片输出功率骤增;芯片内部部分器件参数变更(如器件参数光阴漂移)或内部部分器件毁坏,引起芯片事情状态改变而导致事情非常;芯片外部部分器件参数变更(如器件参数光阴漂移)或外部部分器件毁坏,引起芯片事情状态改变而导致事情非常;芯片事情时,因为自激引起内部旌旗灯号振荡,直接导致芯片输出非常;芯片事情时,因为各类缘故原由导致内部数字脉冲旌旗灯号占空比改变,直接导致芯片输出非常;电脉冲滋扰或滋扰波耦合到芯片的旌旗灯号电路引起的非常旌旗灯号处置惩罚芯片;芯片外部关联器件及线路接法差错、短路、毁坏等导致的芯片非常事情;芯片供电回路滤波故障,导致交流纹波过大年夜并进入芯片供电回路;交流电源电压太高,导致芯片的电源电压增高;无线电波及电磁滋扰引起的某些特殊芯片内部事情混乱等都是造成芯片过热的缘故原由。

4- LED灯板模块故障机理阐发

LED灯板模块是轨道车辆车厢LED照明系统的终端,是该系统的核心部件,是所有办事的节制工具的一部分。若LED灯板呈现故障,则会使照明系统其它环节都掉去感化。LED灯板的故障主要包括连接线路故障和LED灯源故障。连接线路故障缘故原由主要为线路的断路。线路断路的缘故原由主要有电线老化,情况身分等造成的,传统的检测要领有使用三用表、示波器等进行手工测试。

LED灯源故障包括两类:电源、驱动故障;LED灯故障。此中电源、驱动故障已在LED电源模块故障机理阐发进行了阐述,本节主要对LED灯故障进行机理阐发。造成LED灯故障的缘故原由主如果由超强电流、高电压(如闪电、电路通断的瞬时噪声、供电电压不稳定等)和静电放电孕育发生。此中,静电放电毁坏是LED照明中频繁发生的一种故障。

5- LED照度传感器采集模块故障机理阐发

传感器是构成丈量与节制系统弗成或缺的核心组成部分,同时也是完成旌旗灯号采集的主要对象。在轨道车辆车厢LED照明系统中,照度传感器是系统实现照度调节的紧张部分。轨道车辆车厢LED照明系统选用的照度传感器核心部件为光电二极管,它在无光照时,电阻无穷大年夜,有光照时,电阻立即变小到几百欧姆,我们使用它的这个特点来检测有无光照及光照大年夜小。

传感器是相对靠得住的电子元器件,然则在轨道车辆这种特殊的利用情况中,会有相对付其他应用情况较多的掉效形式。一样平常环境下照度传感器的掉效模式有:暗电流超差、开路故障、输入输出间绝缘电阻小、光发射管反向电流大年夜和光电传输特点掉效。这些故障形式大年夜部分都是器件本身的机能缺陷造成的。

除了这些故障形式,在轨道车辆车厢LED照明系统中,因为列车运行时气象、振动、沙尘等身分,会造成对传感器的粉尘污染、腐蚀、高温、震裂等故障,使传感器不能正常事情,采集的情况照度不准确,从而影响车厢照度调节。传感器污染、腐蚀、震裂等均会对器件造成损伤,使其不能正常事情。在照度传感器中,优越的散热是保障其正常事情的紧张身分。

在轨道车辆运行中,因为情况恶劣或者自身机能的衰减造成照度传感器芯片温度的升高。照度传感器温度的升高对其采集的精度有很大年夜影响。温度的升高影响照度传感器的光通量,从而造成传感器采集数据的掉真。钻研注解,温度每升高10℃,光通量减小0.55lm。是以,节制照度传感器芯片的温度是包管正常事情的条件。

6- 小型高输出的透镜型外面贴装LED“CSL0901/0902系列”

举世有名半导系统体例造商ROHM(总部位于日本京都)推出小型高输出的透镜型外面贴装LED“CSL0901/0902系列”。新系列产品声威包括普明亮度的“CSL0901系列”和更高亮度的高端型“CSL0902系列”共18种机型。

别的,本系列中还包括车载级产品,适用于汽车里程表的唆使灯光源,具备可在恶劣情况下应用的稳定靠得住性。在对汽车用里程表等的LED进行小型化时,平日会存在向相邻部位漏光的问题,该系列产品将光源的位置从通俗产品的0.18mm调高到0.49mm,有效改良了漏光问题。与以往的反射式LED比拟,尺寸(体积)缩小至仅1/18阁下。别的,所有机型均采纳在汽车内部等高温情况下也不会孕育发生光衰的布局,蓝色等颜色的产品采纳了新开拓的模塑树脂。

结论

如今,LED已经成为我们生活中弗成或缺的一部分。不仅汽车尾灯,还包括汽车仪表、情况照明、工业设备领域中各类设备的显示面板的数字显示和唆使灯、破费电子产品领域中的功能显示等,LED已被广泛用于各类利用,估计未来LED的需求量将会进一步增长。

轨道车辆车厢LED照明系统故障孕育发生的缘故原由较为繁杂,很难对其机理进行周全的阐发。在钻研其事情机理的根基上,对轨道车辆车厢LED照明系统故障机理进行了分类阐发,深入阐发了轨道车辆车厢LED照明系统中节制电路、驱动电源、LED灯板和传感器采集模块的故障机理,为LED照明系统故障诊断供给了参考依据。

工程师表示,“近年来,分外是汽车和工业设备市场,对‘靠得住性’的要求越来越高。罗姆始终以‘品德第一’为企业宗旨,采纳垂直统合型临盆系统体例,在确保产品靠得住性方面发挥了伟大年夜感化。此外,针对客户需求的精细化办事和技巧支持也是至关紧张的。未来,罗姆海内外公司将面向注重靠得住性和设计性等LED附加代价的利用,努力开拓新产品。”

滥觞:中国电子网

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